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2011年、「遠方の超新星の観測を通じた宇宙の加速膨張の発見」によりノーベル物理学賞が授与されました。この発見は一般的にダークエネルギーに起因するとされています。ニュージーランドのカンタベリー大学の天体物理学者グループが最近発表した論文で、このノーベル賞受賞の発見に疑問を投げかけています。
私たちの宇宙が膨張しているだけでなく、その膨張が加速しているという発見には、単純な説明がありません。通常のエネルギーや物質ではこれを実現できません。負の圧力という、これまで一度も観測されたことがなく、解釈すら困難な性質を持つ物質が必要とされます。
物理学者たちは、この加速膨張を引き起こすものを単に「ダークエネルギー」と呼んでいます。最も単純なタイプのダークエネルギーは、空間と時間の両方で一定のものです。そのため、宇宙定数と呼ばれ、通常Λで表されます。これは標準宇宙モデル、ΛCDMモデルの重要なパラメータの一つとなっています。CDMは冷たいダークマターを表します。
新論文の著者たちは、これは単に宇宙の誤ったモデルであり、証拠は「宇宙モデルの根本的な変更」を必要としていると大胆に主張しています。正しいモデルを使用すれば、宇宙定数の形でさえも、ダークエネルギーは全く必要ないと彼らは述べています。
彼らの議論はこうです。宇宙には非常に多くの物質があるため、私たちが観測する星や銀河の正確な分布で計算することは実際には不可能です。単純に多すぎるのです！そのため、ΛCDMでは、大きな単純化を行います。十分に大きな距離で平均をとれば、星と銀河はどこでも同じ分布を持つと仮定します。これは「宇宙原理」と呼ばれる考えです。
これがダークエネルギーを必要とするΛCDMモデルを生み出します。しかし厳密に言えば、このモデルは明らかに間違っています。銀河や銀河団は一様に分布していません。代わりに、私たちがいるような多くの銀河を含む領域がありますが、その間には大きな空虚があります。
一様ではなく、むしろ発酵中のサワードウに似ています。もし数十億光年の広がりを持ち、銀河で構成されたサワードウを想像できるなら。これが新論文の著者たちが観察したもので、私たちの領域のような物質に満ちた領域と空虚を持つ宇宙です。
そしてこれらの領域はすべて独自の振る舞いをし、互いに押したり引いたりしています。著者たちはこれを「タイムスケープ」モデルと呼んでいます。なぜなら、これらの領域それぞれで時間の流れ方が少し異なるからですが、サワードウを選ぶべきだったと思います。なぜなら、今日私が話したことをすべて忘れても、サワードウのことは覚えているはずだからです。
彼らは、宇宙全体が加速膨張を経験しているという考えは、私たちの近傍で観測されることの誤った解釈だと言います。あなたの故郷で観察されることが、世界の平均的な出来事の適切な描写とはならないのと同じです。
しかし、注意深く観察すれば、超新星の観測を通常の膨張宇宙と調和させることができ、ダークエネルギーは必要ないと彼らは言います。この結論に達するため、グループはΛCDMモデルとタイムスケープモデルが超新星観測のカタログにどのように適合するかを比較しました。著者たちはベイズ解析を用いて、モデルが正しい確率を定量化し、「低赤方偏移領域、つまり私たちの近傍で、タイムスケープモデルに非常に強い、あるいは強い証拠」を見出しています。
これは、ΛCDMの基礎となる宇宙原理、そしてそれによるダークエネルギーの発見に疑問を投げかける、しばらくの間蓄積されてきた以前の発見と一致します。天体物理学者たちは数十年にわたり、宇宙原理と両立しない大きすぎる構造を宇宙で発見してきました。
2003年以来、天体物理学者たちは「グレートウォール」も知っています。これは私たちから約10億光年離れた、約15億光年にわたって広がる銀河の集まりです。40億光年にわたって広がる「巨大クエーサーグループ」や、最近発見された10億光年にわたって広がる巨大リングもあります。
ΛCDMによれば、これらの大規模構造は存在するはずがありません。しかし、存在しています。ところで、このビデオには私たちが話したことを覚えるのに役立つクイズが含まれています。これから何を推論すべきでしょうか？タイムスケープ宇宙の考えに好意的で、正しいかもしれないと思いますが、ダークエネルギーの終焉を宣言するには時期尚早だと思います。
まず、新論文のような分析は、その仮定と使用されるデータ全体に大きく依存しており、すぐに別のグループが結局ΛCDMの方が優れていると主張しても驚きません。タイムスケープモデルについて私が見るもう一つの問題は、新論文で使用された方程式がΛCDMと同じ数のパラメータを持っているとしても、完全なモデルはΛCDMよりもかなり複雑だということです。
このモデルを使用するには天体物理学者たちの急な学習曲線が必要となり、その採用は遅いだろうと私は疑っています。これが良いことだと言っているわけではなく、単に予想されることを言っているだけです。著者たちは7年前にも同様の主張をしましたが、それにもあまり注目が集まらなかったからです。
よく言われるように、すべてのモデルは間違っていますが、いくつかは有用です。そして、ダークエネルギーについてどんな疑問があろうとも、私たちの観測を説明するのに確かに有用であることが証明されています。そして、それが本当に素晴らしく見えることも認めなければなりません。私にとって科学は職業以上のものです。それは世界を理解し、問題を解決する方法です。
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